随着我国经济社会的飞速发展和工业自动化水平的不断提高,生产过程层的控制回路也随之变得更多、更复杂。在这种背景下,对控制系统进行在线性能评价对于提升控制性能,提高企业的生产效益意义重大。本文以控制系统的确定性指标及随机性指标为主要的技术切入点,以火电厂的部分重要控制回路为研究对象,展开对火电厂系统的评价与优化研究,主要内容如下:首先,对于控制系统的确定性性能评价,提出了一种基于运行数据的控制回路确定性性能在线评价方法,使用滑动平均滤波及设置稳态值死区的方法实现了对数据的毛刺及波动问题的克服。而后将内模PID控制律下的IAE指标作为理想参考值与实际控制回路的IAE指标作比较,给出了一种新的无量纲评价指标。以某电厂高加水位控制回路及一次风量控制回路为对象对以上方法进行了验证。其次,对于单回路系统的随机性性能评价,提出了一种基于带遗忘因子LR算法的最小方差指标评价方法,并将其与传统的MV基准方法作对比,经仿真研究发现该方法的评价结果更加平稳真实,验证了其优越性。针对于火电厂控制回路评价,提出了一种基于运行数据的最小方差在线评价指标计算方法,以某火电厂再热汽温控制回路为对象做了验证。后将MV指标推广到火电厂中广泛应用的前馈-反馈回路、串级回路及多变量系统的评价中,对于串级控制系统,给出了其广义最小方差的评价指标。针对某火电厂的锅炉给水控制系统进行了评价验证,结果表明回路引入前馈控制后能明显改善随机性性能。最后,将回路在线性能评价与控制优化结合起来,提出了以综合确定性指标作为遗传算法的目标函数,对某电厂脱硫浆液pH值PID控制器参数进行在线优化,证实了其整定效果较传统方法更优。介绍了最小方差控制（MVC）方法,并给出了其拓展至非最小相系统后的广义最小方差控制（GMVC）,对以上两种控制策略进行了仿真研究。为了克服单纯追求MV指标的控制策略存在的缺陷,随后基于改进的虚拟参考迭代整定算法（FRIT）提出了一种最小方差指标驱动的串级回路控制在线优化策略,并以某600MW火电厂的主汽温度控制系统作为实验对象,验证了方法的有效性。